一种高熵氧化物薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高熵氧化物薄膜及其制备方法，属于磁性薄膜技术领域。包括以下步骤：分别将Co金属板材、Ni金属板材、Cu金属板材和Zn金属板材切割，得到Co扇形金属片、Ni扇形金属片、Cu扇形金属片和Zn扇形金属片；将所述Co扇形金属片、Ni扇形金属片、Cu扇形金属片和Zn扇形金属片拼成圆柱体靶材，得到多金属混合靶；在真空条件下，以所述多金属混合靶为靶材，对单晶硅基底进行射频磁控溅射，得到所述高熵氧化物薄膜。本发明专利技术制得的高熵氧化物薄膜在室温具有铁磁性，该薄膜是一种同时含Co、Ni、Cu、Zn四种阳离子的单一岩盐结构薄膜，在常温下具有较高的饱和磁化强度和较小的矫顽力，呈典型的软磁材料特征。的软磁材料特征。的软磁材料特征。

【技术实现步骤摘要】
一种高熵氧化物薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及磁性薄膜
，尤其涉及一种高熵氧化物薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]铁氧体磁性薄膜是由铁族元素和其他一种或多种金属元素组成的复合型氧化物磁性薄膜。与金属及合金磁性薄膜相比，铁氧体材料具有更高的电阻率，可以抑制高频下存在的趋肤效应，适用于高频和超高频交变磁场，是微波通讯领域不可或缺的材料。尤其是其中的软磁铁氧体薄膜，因其较大的饱和磁化强度和较小的矫顽力，在微波及毫米波器件、磁化效应器件、膜磁记录介质、磁传感器、薄膜变压器等小型电子器件中有着广阔的应用前景。
[0003]然而，常见铁氧体磁性薄膜的性能对阳离子(特别是铁离子)的价态、含量、薄膜的相析出(如反铁磁相、非晶相的析出等)非常敏感。随着信息产业迅速发展和电子器件小型化的趋势，人们对铁氧体磁性薄膜的性能稳定性、服役寿命、多功能集成性提出了更高的要求。高熵氧化物继承了高熵合金的高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应、“鸡尾酒”效应等四大效应，却拥有与金属完全不同的热、磁、光、电、力学等性能，在材料科学领域受到广泛的关注。高熵氧化物不但具有更好的结构稳定性、潜在的高强度、良好的延展性和耐腐蚀性能等，而且展现出了良好的多功能性，如较大的介电常数、高离子导率、高锂离子容量、良好的催化作用和热性能等，这些优异的性能将使其成为集多种优点于一身的功能材料。因此，开发具有室温铁磁性的高熵氧化物薄膜成为铁氧体磁性薄膜的新发展方向。
[0004]然而目前为止，高熵氧化物即使拥有大量的铁磁性元素，但在常温下没有铁磁性或铁磁性极微弱(如中国专利CN111118464A)，限制了其在电子器件上的应用范围。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高熵氧化物薄膜及其制备方法和应用。本专利技术提供的高熵氧化物薄膜在常温下具有较高的饱和磁化强度和较小的矫顽力，呈典型的软磁材料特征。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种高熵氧化物薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008]分别将Co金属板材、Ni金属板材、Cu金属板材和Zn金属板材切割，得到Co扇形金属片、Ni扇形金属片、Cu扇形金属片和Zn扇形金属片；
[0009]将所述Co扇形金属片、Ni扇形金属片、Cu扇形金属片和Zn扇形金属片拼成圆柱体靶材，得到多金属混合靶；
[0010]在真空条件下，以所述多金属混合靶为靶材，对基底进行射频磁控溅射，得到所述高熵氧化物薄膜。
[0011]优选地，所述Co扇形金属片、Ni扇形金属片、Cu扇形金属片和Zn扇形金属片的直径
独立地为60～120mm，厚度独立地为2～6mm。
[0012]优选地，所述多金属混合靶中Co扇形金属片的面积百分比为30％，Ni扇形金属片的面积百分比为30％，Zn扇形金属片的面积百分比为15％，Cu扇形金属片的面积百分比为25％。
[0013]优选地，所述射频磁控溅射包括依次进行的预溅射和再溅射。
[0014]优选地，所述预溅射的时间为15～25min，溅射功率为80～120W，所述预溅射时通入氩气，所述氩气的气压为0.5～1Pa。
[0015]优选地，所述再溅射时通入0.4～0.8Pa氩体和0.3～0.5Pa氧气，所述再溅射的溅射功率为80～120W，时间为1.5～3h。
[0016]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的高熵氧化物薄膜，所述高熵氧化物薄膜为盐岩结构。
[0017]优选地，包括以下原子百分数的元素51.5％O，12.7％Co，11.6％Ni，12.8％Cu和11.4％Zn。
[0018]优选地，所述高熵氧化物薄膜的厚度为0.8～1.2μm，薄膜晶粒直径为5～20nm。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述的高熵氧化物薄膜在微电子、光催化和锂离子电池领域中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种高熵氧化物薄膜的制备方法，包括以下步骤：分别将Co金属板材、Ni金属板材、Cu金属板材和Zn金属板材切割，得到Co扇形金属片、Ni扇形金属片、Cu扇形金属片和Zn扇形金属片；将所述Co扇形金属片、Ni扇形金属片、Cu扇形金属片和Zn扇形金属片拼成圆柱体靶材，得到多金属混合靶；在真空条件下，以所述多金属混合靶为靶材，对基底进行射频磁控溅射，得到所述高熵氧化物薄膜。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022](1)本专利技术采用拼接的多金属混合靶材，采用射频磁控溅射的方法得到高熵氧化物薄膜，具有操作工艺简单，成本低，产量高，无污染的优点。
[0023](2)本专利技术制得的高熵氧化物薄膜在室温具有铁磁性，该薄膜是一种同时含Co、Ni、Cu、Zn四种阳离子的单一岩盐结构薄膜，在常温下具有较高的饱和磁化强度和较小的矫顽力，呈典型的软磁材料特征，不存在非晶与反铁磁相的吸出；不存在对价态和含量敏感的铁离子，性能更稳定可控；室温下具有较强的铁磁性(饱和磁化强度110～130emu/cm3)，较小的矫顽力(16～18Oe)，机理在于：引入阳离子(Co、Ni、Cu、Zn四种阳离子)容易在薄膜中引入更大构型熵，进一步地，Co、Ni、Cu、Zn四种阳离子的摩尔比相近，使得薄膜更容易形成固溶体单一相，所以不易析出非晶与反铁磁的第二相；铁离子含量、价态的变化对材料铁磁性很敏感，本专利技术的阳离子中没有选择铁离子，使得制备和使用过程中薄膜性能更稳定；更高的饱和磁化强度源于(CoNiCuZn)O氧化物复杂电子轨道中电子的本征磁矩，而较小的矫顽力源于薄膜晶粒的小(纳米)尺寸效应。
[0024](3)轻便、低成本：本专利技术制得的高熵氧化物薄膜重量轻，便于附在于其他设备上使用。本专利技术所选取的材料成本低，并且对于特定粗糙表面也无需单独定制，可以自行反复测试使用。
[0025](4)柔性可剥离：本专利技术制得的高熵氧化物薄膜可以从模具上剥离，单独成膜，便于更广泛地使用。
附图说明
[0026]图1为实施例1使用的多金属混合靶的结构示意图；
[0027]图2为实施例1所得高熵氧化物薄膜表面与截面的扫描电镜图像，其中(a)为表面形貌图，(b)为截面形貌图；
[0028]图3是实施例1所得高熵氧化物薄膜的掠射X射线衍射图；
[0029]图4是实施例1所得高熵氧化物薄膜的透射电子显微镜形貌与衍射图谱；
[0030]图5是实施例1所得高熵氧化物薄膜中各元素分布图
[0031]图6是实施例1所得高熵氧化物薄膜的M
‑
H曲线；
[0032]图7是实施例1所得高熵氧化物薄膜的M
‑
T曲线。
具体实施方式
[0033]本专利技术提供了一种高熵氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0034]分别将Co金属板材、Ni金属板材、Cu金属板材和Zn金属板材切割，得到Co扇形金属片、Ni扇形金属片、Cu扇形金属片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：分别将Co金属板材、Ni金属板材、Cu金属板材和Zn金属板材切割，得到Co扇形金属片、Ni扇形金属片、Cu扇形金属片和Zn扇形金属片；将所述Co扇形金属片、Ni扇形金属片、Cu扇形金属片和Zn扇形金属片拼成圆柱体靶材，得到多金属混合靶；在真空条件下，以所述多金属混合靶为靶材，对基底进行射频磁控溅射，得到所述高熵氧化物薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Co扇形金属片、Ni扇形金属片、Cu扇形金属片和Zn扇形金属片的直径独立地为60～120mm，厚度独立地为2～6mm。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述多金属混合靶中Co扇形金属片的面积百分比为30％，Ni扇形金属片的面积百分比为30％，Zn扇形金属片的面积百分比为15％，Cu扇形金属片的面积百分比为25％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述射频磁控溅射包括依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙森，王长安，米玲仁，江伟，劳秀敏，劳远侠，刘乐平，李媛媛，姚华，
申请(专利权)人：南宁师范大学，
类型：发明
国别省市：